Merancang Litar Pengecas Bateri yang Disesuaikan

Saya telah merancang dan menerbitkan pelbagai rangkaian pengecas bateri di laman web ini, namun pembaca sering keliru ketika memilih litar pengecas bateri yang tepat untuk aplikasi masing-masing. Dan saya harus menerangkan secara jelas setiap pembaca mengenai cara menyesuaikan litar pengecas bateri yang diberikan untuk keperluan khusus mereka.

Ini menjadi sangat memakan masa, kerana perkara yang sama harus saya jelaskan kepada setiap pembaca dari semasa ke semasa.

Ini memaksa saya untuk menerbitkan catatan ini di mana saya telah cuba menerangkan a pengecas bateri standard reka bentuk dan cara menyesuaikannya dalam beberapa cara yang sesuai dengan pilihan individu dari segi operasi voltan, arus, pemotongan automatik atau separa automatik.

Mengecas Bateri Dengan Betul adalah Penting

Tiga parameter asas yang diperlukan oleh semua bateri agar dapat dicas dengan optimum dan selamat adalah:

1. Voltan Tetap.
2. Arus Tetap.
3. Pemotongan automatik.

Jadi pada dasarnya, ini adalah tiga perkara asas yang perlu diterapkan untuk berjaya mengecas bateri dan juga memastikan jangka hayat bateri tidak terjejas dalam prosesnya.

Beberapa syarat yang dipertingkatkan dan pilihan adalah:

Pengurusan terma.

dan Langkah mengecas .

Dua kriteria di atas sangat disarankan untuk Bateri Li-ion , walaupun ini mungkin tidak begitu penting untuk bateri asid plumbum (walaupun tidak ada salahnya menerapkannya dengan bateri yang sama)

Mari kita ketahui syarat-syarat di atas selangkah lebih bijak dan lihat bagaimana seseorang dapat menyesuaikan syarat mengikut arahan berikut:

Kepentingan Voltan Tetap:

Semua bateri disyorkan untuk dicas pada voltan yang mungkin lebih tinggi sekitar 17 hingga 18% daripada voltan bateri yang dicetak, dan tahap ini tidak boleh dinaikkan atau naik turun banyak.

Oleh itu untuk a Bateri 12V , nilainya mencapai sekitar 14.2V yang tidak boleh dinaikkan banyak.

Keperluan ini disebut sebagai keperluan voltan malar.

Dengan adanya IC pengatur voltan nombor hari ini, membuat pengecas voltan tetap hanya beberapa minit.

Yang paling popular di antara IC ini ialah LM317 (1.5 amp), LM338 (5amps), LM396 (10 amp). Semua ini adalah IC pengatur voltan berubah, dan membolehkan pengguna menetapkan voltan malar yang diingini di mana sahaja dari 1.25 hingga 32V (bukan untuk LM396).

Anda boleh menggunakan IC LM338 yang sesuai untuk kebanyakan bateri untuk mencapai voltan tetap.

Berikut adalah litar contoh yang boleh digunakan untuk mengecas sebarang bateri antara 1,25 dan 32V dengan voltan tetap.

Skema Pengecas Bateri Voltan Tetap

Mengubah periuk 5k membolehkan penetapan voltan malar yang diingini melintasi kapasitor C2 (Vout) yang dapat digunakan untuk mengecas bateri yang disambungkan ke titik-titik ini.

Untuk voltan tetap anda boleh mengganti R2 dengan perintang tetap, menggunakan formula ini:

VATAU= VREF(1 + R2 / R1) + (IADJ× R2)

Di mana VREFialah = 1.25

Sejak sayaADJterlalu kecil ia boleh diabaikan

Walaupun voltan tetap mungkin diperlukan, di tempat-tempat di mana voltan dari rangkaian AC input tidak terlalu banyak berubah (naik / turun 5% cukup dapat diterima) seseorang dapat sepenuhnya menghilangkan litar di atas dan melupakan faktor voltan malar.

Ini menunjukkan bahawa kita hanya dapat menggunakan pengubah yang diberi nilai dengan betul untuk mengecas bateri tanpa mempertimbangkan keadaan voltan tetap, dengan syarat input utama cukup bergantung pada turun naiknya.

Hari ini dengan munculnya peranti SMPS, masalah di atas menjadi tidak penting kerana SMPS adalah bekalan kuasa voltan berterusan dan sangat dipercayai dengan spesifikasi mereka, jadi jika SMPS tersedia, litar LM338 di atas pasti dapat dihapuskan.

Tetapi biasanya SMPS dilengkapi dengan voltan tetap, jadi dalam hal itu menyesuaikannya untuk bateri tertentu mungkin menjadi masalah dan anda mungkin harus memilih litar LM338 serbaguna seperti yang dijelaskan di atas .... atau jika anda masih ingin mengelakkan ini , anda mungkin secara sederhana ubah suai SMPS litar itu sendiri untuk memperoleh voltan pengecasan yang diingini.

Bahagian berikut akan menerangkan perancangan litar kawalan arus disesuaikan untuk unit pengecas bateri tertentu yang dipilih.

Menambah Arus Tetap

Sama seperti parameter 'voltan malar' , arus pengecasan yang disyorkan untuk bateri tertentu tidak boleh dinaikkan atau naik turun banyak.

Untuk bateri asid plumbum, kadar pengecasan mestilah kira-kira 1/10 atau 2/10 dari nilai Ah (Ampere Hour) dicetak bateri. yang bermaksud jika bateri dinilai pada 100Ah, maka kadar pengecasan semasa (amp) disarankan berada pada 100/10 = 10 Ampere minimum atau (100 x 2) / 10 = 200/10 = 20 amp maksimum, angka ini seharusnya tidak dinaikkan sebaiknya untuk mengekalkan keadaan yang sihat untuk bateri.

Walau bagaimanapun untuk Li-ion atau Bateri lipo kriteria sama sekali berbeza, untuk bateri ini kadar pengecasan boleh setinggi dengan kadar Ah mereka, yang bermaksud jika spesifikasi AH bateri Li-ion adalah 2.2 Ah maka mungkin untuk mengecasnya pada tahap yang sama iaitu pada 2.2 ampere Di sini anda tidak perlu membahagikan apa-apa atau menikmati apa-apa jenis pengiraan.

Untuk melaksanakan a arus tetap ciri, sekali lagi LM338 menjadi berguna dan dapat dikonfigurasi untuk mencapai parameter dengan tahap ketepatan yang tinggi.

Litar yang diberikan di bawah menunjukkan bagaimana IC dapat dikonfigurasikan untuk melaksanakan pengecas bateri terkawal semasa.

Pastikan untuk lihat artikel ini yang menyediakan litar pengecas bateri yang sangat baik dan sangat disesuaikan.

Skema untuk Pengecas Bateri Terkawal CC dan CV

Seperti yang dibincangkan di bahagian sebelumnya, sekiranya sumber input anda agak tetap, maka anda boleh mengabaikan bahagian LM338 sebelah kanan, dan hanya menggunakan litar penghad arus kiri sebelah kiri dengan pengubah atau SMPS, seperti yang ditunjukkan di bawah:

Dalam reka bentuk di atas, voltan pengubah mungkin dinilai pada tahap voltan bateri, tetapi setelah pembetulan mungkin menghasilkan sedikit di atas voltan pengisian bateri yang ditentukan.

Masalah ini dapat diabaikan kerana ciri kawalan arus yang terpasang akan memaksa voltan secara automatik merendahkan lebihan voltan ke tahap voltan pengisian bateri yang selamat.

R1 dapat disesuaikan sesuai kebutuhan, dengan mengikuti petunjuk yang diberikan SINI

Diod mesti dinilai dengan tepat bergantung pada arus pengecasan, dan sebaiknya jauh lebih tinggi daripada tahap arus pengecasan yang ditentukan.

Menyesuaikan arus untuk mengecas bateri

Dalam litar di atas, IC LM338 yang disebutkan dinilai dapat dikendalikan paling banyak 5 amp, yang membuatnya hanya sesuai untuk bateri hingga 50 AH, namun anda mungkin mempunyai bateri berkadar lebih tinggi dalam urutan 100 AH, 200 AH atau bahkan 500 AH .

Ini mungkin memerlukan pengecasan pada kadar semasa yang lebih tinggi yang mana satu LM338 mungkin tidak mencukupi.

Untuk mengatasinya, ini boleh meningkatkan atau meningkatkan IC dengan lebih banyak IC selari seperti yang ditunjukkan dalam artikel contoh berikut:

Litar pengecas 25 amp

Dalam contoh di atas, konfigurasi kelihatan sedikit rumit kerana kemasukan opamp, namun sedikit tinkering menunjukkan bahawa sebenarnya IC dapat ditambahkan secara langsung secara selari untuk melipatgandakan output semasa, dengan syarat semua IC dipasang di atas heatsink biasa , lihat rajah di bawah:

Sebilangan IC boleh ditambahkan dalam format yang ditunjukkan untuk mencapai had semasa yang diinginkan, namun dua perkara harus dipastikan untuk mendapatkan respons yang optimum dari reka bentuk:

Semua IC mesti dipasang di atas heatsink biasa, dan semua perintang had semasa (R1) mesti dipasang dengan nilai yang sepadan dengan tepat, kedua-dua parameter diperlukan untuk membolehkan pembahagian haba yang seragam di antara IC dan pengedaran arus yang sama di seluruh output untuk bateri yang disambungkan.

Sejauh ini kami telah belajar mengenai cara menyesuaikan voltan dan arus tetap untuk aplikasi pengecas bateri tertentu.

Namun tanpa pemotongan automatik litar pengecas bateri mungkin tidak lengkap dan tidak selamat.

Setakat ini dalam pengecasan bateri kami tutorial kami belajar bagaimana menyesuaikan parameter voltan malar semasa membina pengecas bateri, di bahagian berikut kami akan cuba memahami bagaimana melaksanakan pemotongan automatik penuh untuk memastikan pengecasan selamat untuk bateri yang disambungkan.

Menambah 0ff Auto-Cut dalam Pengecas Bateri

Di bahagian ini kita akan menemui bagaimana pemotongan automatik boleh ditambahkan ke bateri pengecas yang merupakan salah satu aspek yang paling penting dalam litar sedemikian.

Tahap pemotongan automatik yang sederhana boleh disertakan dan disesuaikan dalam litar pengecas bateri terpilih dengan memasukkan pembanding opamp.

Opamp boleh diposisikan untuk mengesan voltan bateri yang meningkat semasa sedang diisi dan memotong voltan pengisian sebaik sahaja voltan mencapai tahap pengisian penuh bateri.

Anda mungkin telah melihat pelaksanaan ini di kebanyakan rangkaian pengecas bateri automatik setakat ini yang diterbitkan di blog ini.

Konsep tersebut dapat difahami secara menyeluruh dengan bantuan penjelasan berikut dan simulasi GIF litar yang ditunjukkan:

CATATAN: Sila gunakan kenalan N / O geganti untuk input pengisian, bukannya N / C yang ditunjukkan. Ini akan memastikan bahawa geganti tidak berceloteh tanpa bateri. Agar ini berfungsi, pastikan juga menukar pin input (2 dan 3) antara satu sama lain .

Dalam kesan simulasi di atas, kita dapat melihat bahawa opamp dikonfigurasikan sebagai sensor voltan bateri untuk mengesan ambang pengecasan yang berlebihan, dan memutuskan bekalan ke bateri sebaik sahaja ini dikesan.

Pratetap pada pin (+) IC disesuaikan sedemikian rupa sehingga pada voltan bateri penuh (14.2V di sini), pin # 3 memperoleh potensi bayangan yang lebih tinggi daripada pin (-) IC yang terpaku dengan voltan rujukan 4.7V dengan diod zener.

Bekalan 'voltan malar' dan 'arus tetap' yang dijelaskan sebelumnya disambungkan ke litar, dan bateri melalui kenalan relay N / C.

Pada mulanya voltan bekalan dan bateri keduanya dimatikan dari litar.

Pertama, bateri yang habis dibenarkan disambungkan ke litar, sebaik sahaja ini dilakukan, opamp mengesan potensi yang lebih rendah (10.5V seperti yang diandaikan di sini) daripada tahap pengisian penuh, dan disebabkan ini LED MERAH menyala , menunjukkan bahawa bateri berada di bawah tahap pengisian penuh.

Seterusnya, bekalan pengecasan input 14.2V dihidupkan.

Sebaik sahaja ini selesai, input langsung merosot ke voltan bateri, dan mencapai tahap 10.5V.

Prosedur pengecasan kini dimulakan dan bateri mula dicas.

Apabila voltan terminal bateri meningkat semasa pengisian, voltan pin (+) juga meningkat.

Dan ketika voltan bateri mencapai tahap input penuh iaitu tahap 14.3V, pin (+) juga mencapai 4.8V secara proporsional yang hanya lebih tinggi daripada voltan pin (-).

Ini dengan serta-merta memaksa output opamp menjadi tinggi.

LED MERAH kini mati, dan LED hijau menyala, menunjukkan tindakan pertukaran dan juga bateri terisi penuh.

Walau bagaimanapun, apa yang mungkin berlaku selepas ini tidak ditunjukkan dalam simulasi di atas. Kami akan mempelajarinya melalui penjelasan berikut:

Sebaik sahaja relay bergerak, voltan terminal bateri dengan cepat cenderung turun dan pulih ke tahap yang lebih rendah kerana bateri 12V tidak akan pernah memegang tahap 14V secara konsisten dan akan berusaha mencapai tanda 12.8V lebih kurang.

Sekarang, kerana keadaan ini, voltan pin (+) sekali lagi akan mengalami penurunan di bawah tahap rujukan yang ditetapkan oleh pin (-), yang sekali lagi akan meminta geganti untuk mematikan, dan proses pengisian akan dimulakan lagi.

Tombol relay ON / OFF ini akan terus berbasikal sehingga mengeluarkan bunyi 'klik' yang tidak diingini dari relay.

Untuk mengelakkan ini menjadi mustahak untuk menambahkan histeresis ke litar.

Ini dilakukan dengan memperkenalkan perintang nilai tinggi di seluruh output dan pin (+) IC seperti yang ditunjukkan di bawah:

Menambah Histeresis

Penambahan perkara di atas ditunjukkan histeresis perintang menghalang geganti berayun ON / OFF pada tahap ambang dan mengaitkan relay sehingga jangka masa tertentu (sehingga voltan bateri turun di bawah had lestari nilai perintang ini).

Perintang dengan nilai yang lebih tinggi memberikan tempoh penguncian yang lebih rendah sementara perintang yang lebih rendah memberikan histeresis yang lebih tinggi atau jangka masa yang lebih tinggi.

Oleh itu dari perbincangan di atas kita dapat memahami bagaimana rangkaian pemotongan bateri automatik yang dikonfigurasi dengan betul dapat dirancang dan disesuaikan oleh mana-mana hobi untuk spesifikasi pengecasan bateri pilihannya.

Sekarang mari kita lihat bagaimana keseluruhan reka bentuk pengecas bateri dapat dilihat termasuk penyediaan voltan / arus berterusan bersama dengan konfigurasi pemotongan di atas:

Jadi, inilah litar pengecas bateri disesuaikan yang boleh digunakan untuk mengecas bateri yang diingini setelah memasangnya seperti yang dijelaskan dalam keseluruhan tutorial kami:

• Opamp boleh menjadi IC 741
• Pratetap = 10k pratetap
• kedua-dua diod zener ialah = 4.7V, 1/2 watt
• perintang zener = 10k
• Perintang LED dan transistor boleh juga = 10k
• Transistor = BC547
• diod geganti = 1N4007
• relay = pilih sepadan dengan voltan bateri.

Cara Mengecas Bateri tanpa Kemudahan Di Atas

Sekiranya anda tertanya-tanya adakah mungkin untuk mengecas bateri tanpa mengaitkan mana-mana litar dan bahagian kompleks yang disebutkan di atas? Jawapannya adalah ya, anda boleh mengecas sebarang bateri dengan selamat dan optimum walaupun anda tidak mempunyai litar dan bahagian yang disebutkan di atas.

Sebelum meneruskan, adalah penting untuk mengetahui beberapa perkara penting yang diperlukan bateri untuk dicas dengan selamat dan perkara-perkara yang menjadikan parameter 'pemotongan automatik' 'voltan malar' dan 'arus tetap' sangat penting.

Ciri-ciri ini menjadi penting apabila anda mahu bateri anda dicas dengan kecekapan yang tinggi dan cepat. Dalam kes sedemikian, anda mungkin mahu pengecas anda dilengkapi dengan banyak ciri canggih seperti yang disarankan di atas.

Walau bagaimanapun, jika anda bersedia menerima tahap pengisian penuh bateri anda sedikit lebih rendah daripada optimum, dan jika anda bersedia memberikan beberapa jam lagi untuk pengecasan selesai, sudah tentu anda tidak memerlukan apa-apa ciri yang disyorkan seperti pemalar semasa, voltan berterusan atau pemotongan automatik, anda boleh melupakan semua ini.

Pada asasnya bateri tidak boleh dicas dengan bekalan yang mempunyai penarafan lebih tinggi daripada kadaran bateri, semudah itu.

Maksudnya jika bateri anda dinilai pada 12V / 7Ah, idealnya anda tidak boleh melebihi kadar cas penuh di atas 14.4V, dan melebihi 7/10 = 0.7 amp. Sekiranya kedua-dua kadar ini dijaga dengan betul, anda boleh yakin bahawa bateri anda berada di tangan yang selamat, dan tidak akan cedera tanpa mengira keadaan apa pun.

Oleh itu, untuk memastikan kriteria yang disebutkan di atas dan mengecas bateri tanpa melibatkan litar yang kompleks, pastikan bekalan input yang anda gunakan dinilai dengan sewajarnya.

Contohnya jika anda mengecas bateri 12V / 7Ah, pilih pengubah yang menghasilkan sekitar 14V selepas pembetulan dan penapisan, dan arus diperingkat sekitar 0.7 ampere. Peraturan yang sama boleh digunakan untuk bateri lain juga, secara berkadar.

Idea asas di sini adalah untuk memastikan parameter pengecasan sedikit lebih rendah daripada penilaian maksimum yang dibenarkan. Contohnya bateri 12V mungkin disyorkan untuk dicas hingga 20% lebih tinggi daripada nilai cetakannya, iaitu 12 x 20% = 2.4V lebih tinggi daripada 12V = 12 + 2.4 = 14.4V.

Oleh itu, kami pastikan untuk memastikan ini sedikit lebih rendah pada 14V, yang mungkin tidak mengecas bateri ke titik optimumnya, tetapi hanya akan baik untuk apa sahaja, malah mengekalkan nilai sedikit lebih rendah akan meningkatkan jangka hayat bateri yang memungkinkan banyak lagi kitaran pengisian / pelepasan dalam jangka masa yang panjang.

Begitu juga, menjaga arus pengecasan pada 1/10 dari nilai Ah yang dicetak memastikan bahawa bateri diisi dengan tekanan dan pelesapan minimum, menjadikan jangka hayat bateri lebih lama.

Persediaan Akhir

Penyediaan ringkas yang ditunjukkan di atas boleh digunakan secara universal untuk mengecas bateri mana-mana dengan selamat dan optimum, dengan syarat anda membiarkan masa pengecasan yang mencukupi atau sehingga jarum ammeter jatuh hampir ke sifar.

Kapasitor penapis 1000uf sebenarnya tidak diperlukan, seperti yang ditunjukkan di atas, dan menghilangkannya sebenarnya akan meningkatkan jangka hayat bateri.

Ada keraguan lebih lanjut? Jangan ragu untuk menyatakannya melalui komen anda.

Sumber: pengecasan bateri